Convertidores ADC

Convertidor Analogico-Digital

Un convertidor analógico a-digital toma un voltaje de entrada analógico, y después de cierto tiempo produce un código de salida digital que representa a la entrada analógica. Por lo general, el proceso de conversión A/D es más complejo y consume más tiempo que el proceso D/A, por lo cual se han desarrollado y utilizado varios métodos.

Varios tipos importantes de ADC’s utilizan un DAC como parte de sus circuitos. La figura 1 es un diagrama de bloques general para esta clase de ADC . La sincronización para la operación se proporciona mediante la señal del reloj de entrada. La unidad de control contiene los circuitos lógicos para generar la secuencia apropiada de operaciones en respuesta a la “Señal de inicio”, el cual inicia el proceso de conversión. El amplificador operacional comparador tiene dos entradas analógicas y una salida digital que cambia de estado, dependiendo de cuál de las entradas analógicas sea mayor.

ADC de Rampa Digital

La figura 2a es el diagrama para un ADC de rampa digital. Contiene un contador, un DAC un comparador analógico y una compuerta AND de control. La salida del comparador sirve como la señal de finde conversión EOC, activa en “Bajo”. Si suponemos que VA, el voltaje analogico que se va a convertir, es positivo, la operación seria la siquiente:

1. Se aplica un pulso de inicio para restablecer el contador a 0. El nivel alto en inicio también inhibe los pulsos de reloj para que no pasen a través de la compuerta AND y hacia el contador.

2. Si todos los bits de entrada son 0, la salida del DAC será VAX=0v.

3. Como VA>VAX , la salida del compradador (EOC) estará alto.

4. Cuando “Inicio” regresa a “Bajo”, la compuerta AND se habilita y los pulsos de reloj pasan hacia el contador.

5. A medida que el contyador avanza, la salida VAX del DAC se incrementa conforme a la cuenta, como se muestra en la figura 2b.

6. Este proceso continua hasta que VAX llega hasta un calor mayor a VA por una cantidad igual o mayor a VT (por lo general, de 10 a 100uV). En este punto, EOC cambiara a “Bajo” e inhibirá el flujo de pulsos que van hacia el contador, y este dejara de contar.

7. El contador retendrá el valor digital hasta que el siguiente pulso “Inicio” comience una nueva conversión.

ADC de aproximaciones sucesivas

El convertidor de aproximaciones sucesivas es uno de los tipos de ADC mas utilizados. Tiene circuitos mas complejos que el ADC de rampa digital, pero un tiempo de conversión mucho mas corto. Ademas, los convertidores de aproximaciones sucesivas (SAC’s) tienen un valor fijo para el tiempo de conversión, el cual no depende del valor de la entrada analógica.

El arreglo básico que se muestra en la figura 3 es similar al del ADC de rampa digital. Sin embargo, el SAC no utiliza un contador para proporcionar la entrada al bloque del DAC, sino que utiliza un registro. La lógica de control modigica el contenido del registro bit por bit , hasta que los datos del registro sean el equivalente digital de la entrada analógica VA dentro de la resolución del convertidor.

ADC tipo flash

El convertidor Flash es el ADC de mayor velocidad disponible, pero requiere muchos circuitos que los otros tipos. Por ejemplo, un ADC Flash de seis bit requiere 63 comparadores analogicosm, mientras que una unidad de ocho bits requiere 255 comparadores. El extenso numero de comparadores ha limitado el tamaño de los convertidores Flash. Por lo general, los convertidores Flash de CI están disponibles en unidades de dos a ocho bits, y la mayoría de los fabricantes ofrecen también unidades de nueve y diez bits.

El convertidor Flash de la figura 4 tiene una resolución de tres bits y una resolución de 1V. El divisor de voltaje establece niveles de referencia para cada comparador, de manera que hay siete niveles que corresponden a 1V, 2V, 3V, 4,…, 7V. La entrada analógica VA se conecta a la otra entrada de cada comparador.

Cuando VA<1V todas las salidas del comparador estarán en “Alto”. Cuando VA>1V, una o mas salidas del comparador estarán en “Bajo”. Las salidas del comparador se alimentan a un codificador con prioridad activo en “Bajo”, el cual genera un salida binaria que corresponde a la salida del comparador con mayor numeración que es te en “Bajo”. Por ejemplo, cuando VA este entre # y 4V, las salidas C1, C2 y C3 estaran en “Bajo” y las demás en “Alto”. El codificador con prioridad solo responderá al nivel “Bajo” en C3 y producirá una salida binaria CBA=011, la cual representa el equivalente digital de VA, dentro de la resolución de 1V. Cuando VA es mayor de 7V, Todas las salidas de C1 a C7 estarán en “Bajo” y el codificador producirá CBA=111 como el equivalente digital de VA.

El ADC tipo Flash de la figura 3 tiene una resolución de 1V, ya que la entrada analógica debe cambiar por 1V para poder llevar la salida digital hacia su siguiente valor. Para lograr resoluciones mas finas tendríamos que incrementar el numero de niveles de voltaje de entrada (es decir, utilizar mas resistencias divisoras de voltaje) y el numero de comparadores. En genereal, un convertidor de N bits requiere 2N-1 comparadores, 2N resistencias y la lógica necesaria para el codificador.

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